发动机齿轮强度的有限元分析

发布时间：2020-11-08 12:02

　　 大功率发动机传动系统采用齿轮传动结构,具有传动可靠、效率高、承载能力大等优点。因此作为传动系统的关键技术——齿轮强度及其寿命分析也受到越来越多的关注。运用传统分析方法无法形象地得到齿轮传动中的应力分布状况,而采用有限元分析方法,能够直观、形象地对齿轮传动的各种工况进行模拟分析,为齿轮传动机构设计的设计提供有力支持。本文基于CAD/CAE软件,针对大功率发动机齿轮传动系统做了以下几个方面的工作: 1、建立精确的三维渐开线齿轮参数化模型 应用Pro/ENGINEER软件的“参数”和“关系”等方法,并考虑实际加工情况,通过创建精确的齿根过渡曲线等方法建立了精确的齿轮参数化模型;结合Program方法,实现了由同一个齿轮模型生成直齿轮、左旋斜齿轮和右旋斜齿轮功能;基于齿轮啮合原理,利用圆柱齿轮的啮合平面,实现了无干涉装配,并可获得任意的齿轮啮合状态。 2、齿轮静态弯曲、接触有限元应力计算 对齿轮几何模型进行了结构简化和边界简化;在静态弯曲应力计算中,采用扫掠划分的方法,选择齿轮端面网格和引导线,生成六面体单元,考虑了齿轮的实际啮合接触线作为加载位置;在静态接触应力计算中,选用更高效的映射法创建了一对啮合齿轮的有限元模型,选择具有代表性的啮合状态进行分析,并采用MPC单元的方法直接对主动轮施加扭矩。最后结合齿轮特点分析了应力结果。 3、齿轮低速运转时的应力计算 利用Marc提供的非线性分析功能,采用刚体控制方法,通过对主动轮施加较低的转速,对从动轮施加阻力矩,模拟齿轮在运转过程中的应力变化情况;研究了摩擦力对接触应力的影响,对一个轮齿啮合周期的应力变化作了详细的分析。 4、齿轮弯曲疲劳寿命分析 利用有限元分析应力结果,在MSC.Fatigue软件对斜齿轮齿根处进行了全寿命分析,求出了齿根处的寿命结果,并找出了失效区域,最后对指定的典型节点,进行了疲劳设计优化,并以载荷作为比例因子,对疲劳寿命结果进行了灵敏度分析。 本文工作的完成,对提高发动机齿轮传动系统的寿命和可靠性,提高设计质量,降低设计费用,缩短开发周期,具有较好的工程实际意义。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TH132.41
【部分图文】：

统和调速器、润滑系统、冷却系统、起动系统等构成。常见中小型发动机的传动系统通常由链传动或带传动组成，但对于大型发动机为了提高它的承载能力和传动的可靠性，其传动系统通常由齿轮构成。如图2一1所示为某大型发动机齿轮传动系统部分装配总成，图中1为曲轴齿轮，2为中间大惰轮，曲轴齿轮是动力的输入端，通过惰轮的传递，将动力分配给各工作齿轮，实现正时配气、供油、润滑和冷却等功能。系统中齿轮类型大体可分为双联齿轮、斜齿轮、直齿轮三种。图2一1发动机齿轮传动系统专升牛不大图Fig.2一 1Enginegear， 5drivesystem2.2齿轮三维模型建立利用三维CAD软件，创建三维齿轮模型的技术发展很快。鉴于齿轮的结构特点，各特征尺寸均可通过公式计算获得，因此齿轮三维模型通常采用参数化建模，加以程序控制

1)通过轮齿端面任意位置弦齿厚公式生成具有渐开线边界性质的渐开线曲面，图2一2中所示的Sd4的长度为弦齿厚，利用Pro/ENGJNEER中的可变截面扫描命令，生成如图2一3所示端面齿形。图2一2弦齿厚示意图图2一3生成端面齿形Fig.2一 2Diagrammaticsketehofehordalthie肋 essFig.2一 3GeneratingfaceProfileoftooth以下为在Pro/ENGINEER中的草绘环境下添加的控制端面弦齿厚关系式:ry二r_b一 m--t+trajPar*(r_a+m--t/8一(r_b一几t))59=2*r_b*(pi/(2*z)+2*x_n*tan(alph几n)/z+inv_alph几t) ifry<几bsd4二2*ry*sin(180*59/r_b/(2*pi))elsealph贬y二aeos(r_b/ry)inv_y二tan(alph贬y)一pi*alph几y/180sd4二2*ry*Sin((pi/(2*z)+2*x_n*tan(alph屯n)/z+inv_alpha--t一inv_y)*r80/pi)efldifry为轮齿渐开线上任意一点到基圆圆心间的距离;trajpar为轨迹参数，其值变化为从0到1;

图2一4生成渐开线Fig.2一 4Generatinginvolutes图2一4所示为生成的两条渐开线，此方法比较直观，容易理解，但操作略显复杂。两种方法各有优缺点，在Pr。/E野火版2.0中，第二种方法生成模型精度更高，特别是
【引证文献】

相关硕士学位论文 前4条

1 尹土邦;基于载荷谱的航空发动机传动齿轮疲劳寿命研究[D];沈阳航空航天大学;2012年

2 胡艳如;齿轮喷药泵的有限元分析及优化[D];西北农林科技大学;2010年

3 徐方舟;齿轮齿条式前轮转弯机构设计与分析技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

4 谢娟娟;30吨重卡变速器关键部件疲劳寿命的研究[D];燕山大学;2012年

本文编号：2874753